电力系统继电保护知识点总结文字部分文档格式.docx
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(3.9测量阻抗、动作阻抗、整定阻抗的含义)a测量阻抗:
Zm=Um/Im定义为保护安装处测量电压与测量电流的比值。
复平面上任意矢量。
b动作阻抗:
Zop是阻抗元件处于临界动作状态对应的阻抗。
从原点到阻抗动作特性边界上的矢量表示动作阻抗。
c整定阻抗:
Zset=Z1*Lset是根据被保护电力系统具体情况设定的常数。
一般取保护安装点到保护范围末端的阻抗
(3.10最灵敏角)Zset的阻抗角称为最灵敏角。
最灵敏角一般取为被保护线路的阻抗角。
(3.1如何区分正常运行与短路)(3.2负荷阻抗与短路阻抗区别)电力系统正常运行时Um=UN,Im=IN,Zm为负荷阻抗。
负荷阻抗的量值较大,其阻抗角为较小的功率因数角,阻抗特性以电阻特性为主。
短路时,Um=母线残压,Im=Ik,Zm为短路阻抗。
短路阻抗量值较小。
阻抗角较大,就等于输电线路的阻抗角,阻抗特性以电感特性为主。
(3.6为什么测量阻抗能反映故障距离)忽略影响较小的分布电容与电导,Zk与短路距离Lk成线性正比关系,Zm=Zk=Z1*Lk,能反映故障距离。
(3.3什么是故障环路,相间短路与接地短路的故障环路差别):
一、电力系统发生故障时,故障电流流通的通路称为故障环路。
测量电压的选取和测量电流的选取:
要取故障环路上的电压、电流。
////二、①接地短路:
为保护接地短路,取接地短路的故障环路为相—地故障环路,测量电压为保护安装处故障相对地电压,测量电流为带有零序电流补偿的故障相电流,由它们算出的测量阻抗能准确反映单相接地故障、两相接地故障和三相接地短路情况下的故障距离,称为接地距离保护接线方式。
②相间短路:
对于相间短路,故障环路为相相故障环路,取测量电压为保护安装处两故障相的电压差,测量电流为两故障相的电流差,有它们算出的测量阻抗能够准确地反映两相短路、三相短路和两相短路接地情况下的故障距离,称为相见距离保护接线方式。
(3.7距离保护的构成和各部分的作用):
距离保护一般有启动、测量、振荡闭锁、电压回路短线闭锁、配合逻辑和出口等几部分组成(*6)。
① 启动部分:
用来判别系统是否发生故障② 测量部分:
是距离保护的核心,对它的要求是在系统故障的情况下,快速准确地测量出故障的方向和距离,并与预先设定的保护范围相比较,在区内故障时给出动作信号,区外故障时不动作。
③ 振荡闭锁部分:
在电力系统发生振荡时,因为不是短路,距离保护不应动作。
但是振荡时的电压、电流幅值周期性的变化,有可能导致距离保护误动作。
为防止保护误动作,要求该元件准确判别系统振荡,并将保护闭锁。
④ 电压回路断线部分:
电压回路断线时,将会造成保护测量的电压消失,从而可能使距离保护的测量部分出现误判断,这种情况下应该要求各部分将保护闭锁,以防止出现不必要的误动作。
⑤ 配合逻辑部分:
该部分用来时限距离保护各个部分之间的逻辑配合以及三段式距离保护中各段之间的时限配合。
⑥ 出口部分:
包括跳闸出口和信号出口,在保护动作接通跳闸回路并发出相应的信号。
3.14参考电压:
用作相位比较的电压
3.15以记忆电压为参考电压:
可以消除死区,但是动作特性不能保持。
模拟式回路中,LC振荡电路记忆的参考电压衰减。
数字式保护中参考电压不衰减,但故障发生一段时间后,电源电动势变化,不等于记忆电压。
3.17最小精确工作电流,最小精确工作电压:
通常情况下,在阻抗继电器的最灵敏角方向上,动作阻抗等于整定阻抗,即Zop=Zset,但是当测量电流较小的时候,由于测量阻抗等影响,使动作阻抗变小,使动作阻抗降为0.9Zset对应的测量电流称为最小精确工作电流。
当测量电流很大时,由于互感器饱和等因素影响,动作阻抗也减小,使动作阻抗降为0.9Zset对应的测量电流,称为最大精确工作电流。
(3.21.电力系统的振荡):
指并联运行的电力系统或发电厂之间即发电机之间失去同步,出现功率角大范围周期性变化的现象。
电力系统的失步振荡属于严重的不正常运行状态,而不是故障状态。
8.振荡与短路的差异:
【负序、零序分量:
振荡时——三相完全对称,没有负序和零序分量出现;
短路时——长时(不对称短路)或瞬间(在三相短路开始时)出现零序或负序分量。
】【电气量变化速度:
振荡时——电气量呈周期性变化,其变化速度和功角的变化速度一致,比较慢,当两侧功角摆开180°
时相当于在振荡中心发生三相短路;
短路时——从短路前到短路后其值突然变化,速度很快,而短路后短路电流、各点的残余电压和测量阻抗不计衰减时事不变的。
】【保护误动作情况:
振荡时——电气量呈现周期性变化,若阻抗测量元件误动作,在一个周期内误动和返回各一次;
短路时——阻抗元件可能动作(区内短路),可能不动作(区外短路)。
9.振荡闭锁的措施:
【1)利用短路时的负序、零序分量或电流突然变化时短时开放保护实现振荡闭锁。
选取能够反映系统中负序、零序、突变的元件作为启动元件,启动元件不动作时,闭锁阻抗继电器,启动元件动作后,短时开放阻抗继电器,如果开放后阻抗继电器动作,说明故障在区内,则维持开放直到故障切除。
若在开放时间内阻抗继电器不动作,说明故障在区外则进入闭锁。
即使阻抗继电器后来再动作,也不会开放】2)利用阻抗变化率的不同来实现振荡闭锁3)利用动作的延时来实现振荡比说
(3.24故障选相,相电流差突变量选相)
【目的:
实现分相跳闸。
】【原理:
ΔIAB=(IA-IB)-(IA0-IB0)=(IA-IA0)-(IB-IB0)=ΔIA-ΔIB】【单相接地短路中A相接地,ΔIBC接近0其他二者较大;
AB相短路,三者皆较大,ΔIAB最大;
三相短路,ΔIXX都较大,接近相等】
10.过渡电阻的性质:
当接地短路或相间短路时,短路点电流由经相导线流入大地流回中性点或由一相流入另一相的途径中所通过物质的电阻,包括电弧电阻,中间物质的电阻,相导线与大地之间的接触电阻,金属杆塔的接地电阻等。
(3.25、3.26单,双侧电源过渡电阻的影响)
【单电源——(Zm=Zk+Rg)Rg使继电器的阻抗值增大,阻抗角减小,是保护距离范围缩短(保护装置距离短路点越近,受到过渡电阻影响越大,同时,保护装置的整定阻抗越小,受到过渡电阻的影响越大)】【双电源——(Zm=(Zk+Rg)+(Ik'
'
/Ik'
)Rg)Rg对测量阻抗的影响,取决于对策电源提供的短路电流大小及(Ik'
)Rg之间的相位关系。
若故障前,M端为送端,N侧为受端,Ik'
的相位超前Ik'
,则(Ik'
)Rg表现为容性电抗,则总的测量阻抗变小,严重时可使I段误动;
若故障前M端为受端,N侧为送端,Ik'
相位滞后于Ik'
)Rg表现为感性的阻抗,则总的测量阻抗变大,严重时可使II段拒动。
克服过渡电阻的措施:
采用能容许较大的过渡电阻而不至于拒动的测量元件动作特性,是克服过渡电阻的主要措施。
1)偏移动作特性在+R轴方向上所占的面积比方向阻抗动作特性大,耐受过渡电阻能力强,若在+R方向上偏移一个角度,则面积更大,耐受过渡电阻能力更强。
2)四边形特性测量元件有较好的耐受过渡电阻能力,上边适当的向下倾斜一个角度可有效避免稳态超越问题。
3)利用不同动作特性进行复合,可以获得较好的抗过渡电阻动作特性。
4)工频故障分量。
(3.30.线路串补电容对距离保护的影响):
串联补偿电容后,短路阻抗与短路距离之间不再成线性正比关系,此线性关系被破坏,将使距离保护无法正常测量故障距离,对其正常工作产生不利影响。
【减小其影响的措施:
① 采用直线型动作特性克服反方向误动;
② 用负序功率方向元件闭锁误动的距离保护;
③ 选取故障前的记忆电压作为参考电压克服串联补偿电容的影响;
④ 通过整定计算来减小串联补偿电容的影响。
12.影响距离保护正常工作的因素:
(接地点的过渡电流——影响最大;
系统震荡,电流互感器)系统震荡;
短路点过渡电阻;
线路串联补偿电容;
短路电压、电流的非工频分量。
3.28稳态超越:
区外故障期间测量阻抗稳定地落入动作去的现象,原因是过度电阻存在导致保护测量阻抗变小,会引起保护误动作。
克服方法为采用耐过度电阻不至于拒动的测量元件
3.29暂态超越:
线路故障时,由于暂态分量存在而造成的保护超越现象。
克服措施:
,采用算法消除衰减直流分量与谐波分量影响
14.工频故障分量距离保护又称为工频变化量距离保护,是一种通过反映工频故障分量电压电流而工作的距离保护。
(3.32.工频故障分量的概念)系统发生金属性短路时,可以分解为非故障状态和附加故障状态,系统在非故障状态下运行电压电流中没有故障分量,系统故障时,相当于系统故障附加状态突然接入,出现电压、电流故障分量ΔU、ΔI,二者既包含系统短路引起的工频电压电流的变化量,还包含短路引起的故障暂态分量,称其中工频电压、电流的变化量为工频故障分量。
ΔI=ΔEk/(Zs+Zk),ΔU=-ΔI*Zk
(3.31工频故障分量距离保护的优点):
① 阻抗继电器以电力系统故障引起的故障电压、电流为测量信号,不反应故障前的负荷量和系统震荡,动作特性基本上不受非故障状态的影响,无需加振荡闭锁;
② 阻抗继电器仅反映故障中的工频稳态量,不反应其中的暂态分量,动作性能较稳定;
③ 阻抗继电器的动作判据简单,因为实现方便,动作速度较快;
④ 阻抗继电器具有明确的方向性,因为既可以作为距离保护又可以作为方向元件使用;
⑤ 阻抗继电器本身具有较好的选相能力。
【应用:
鉴于以上特点,工频故障分量距离保护可以作为快速距离保护的I段,用来快速地切除I段范围内的故障。
此外,它还可以与四边形特性阻抗继电器复合组成复合继电器,作为纵联保护的方向元件。
(它不能用于后备保护)】
(3.33工频故障分量继电器工作原理)
ΔI=ΔEk/(Zs+Zk),ΔU=-ΔI*Zk,取工频故障分量距离元件的工作电压为Uop=ΔU-ΔI*Zset=-ΔI(Zs+Zset)
Zset为保护的整定阻抗,一般取为线路正序阻抗的80%到85%,比较工作电压ΔUop与故障附加状态下短路点电压的大小Uk[0],就能区分区内外故障。
动作判据:
丨ΔUop丨≥Uk[0],满足该式为区内故障,保护动作。
第四章输电线路纵联保护
4.1纵联保护基本原理:
一、包括方向比较式纵联保护、纵联差动保护两大类,利用线路两端电气量在故障与非故障,区内、区外故障时特征差异构成保护。
二、基本原理:
通过通信设备将两侧保护装置联系起来,每一层保护装置不仅反应其安装点的电气量,也反应对侧另一保护安装处的电气量,对二者比较、判断,可以快速、可靠区分本线路内任意点短路与外部短路。
三、动作原理:
①方向比较式纵联保护:
两侧保护装置将本侧的功率方向,测量阻抗是否在规定方向内、区段内的判别结果传到对侧,每侧保护装置根据两侧的判别结果区分是区内还是区外故障。
这类保护在通道中传输的是逻辑信号,而不是电气量本身,传送的信息量较少,但对信息可靠性要求很高。
按保护判别方向所用的原理分为方向纵联保护和距离纵联保护。
②纵联差动保护:
利用通道本侧电流的波形或代表电流相位的信号传到对侧,每侧保护根据两侧电流的幅值和相位比较的结果来区分是区内还是区外故障。
每侧直接比较两侧电气量,称为纵连电流差动保护。
信息传输量大,要求同步采集,对信道要求高
四、(4.2与阶段式保护区别,优缺点):
阶段式保护仅采用保护安装处的电气量。
①纵连保护优点:
可以快速、可靠区分本线路内任意点短路与外部短路。
②纵连保护缺点:
需要将线路一侧的电气量传输到另一侧去,需要信道与特殊的通信设备,设备复杂,价格昂贵,而且通信设备故障时可能出现保护拒动和误动。
通信方式:
导引线通信;
电力线载波通信,微波通信,光纤通信。
(4.6电力线载波通信的构成):
①输电线路(三相输电线路都可以用来传递高频信号,任意一相与大地间都可以组成相地回路);
②阻波器(为了使高频载波信号仅在本线路中传输而不穿越到相邻线路上去,采用了电感线圈与可调电感线圈组成的并联谐振回路。
当其谐振频率为载波信号所选定的载波频率时,对载波电流呈现极高的阻抗,从而将高频电流阻挡在本线路以内。
而对工频电流,阻波器仅呈现电感线圈的阻抗,工频电力畅通无阻);
③耦合电容器(为使工频对地泄漏电流降低到极小,采用耦合电容器,它的容量极小,对工频信号呈现极大的阻抗,同时可以防止工频电压入侵高频收、发机;
对高频电流则阻抗很小,与连接滤波器共同组成带通滤波器,只允许此带通频率内的高频电流通过;
④连接滤波器(它是一个可调电感的空心变压器和一个接在副边的电容。
连接滤波器与耦合电容器共同组成一个“四端口网络”带通滤波器,时所需频带的电流能够顺利通过。
同时空心变压器的使用进一步使收、发信机与输电线路的高压部分相隔离,提高了安全性)⑤高频收、发机(高频收发机由继电保护部分控制发出预定频率的高频信号,通常是在电力系统发生故障启动后发出信号,但也有采用长期发信号发生故障启动保护后停止发生信号或改变信号频率的工作方式。
发信机发出的高频信号经载波信道传送到对端,被对端和本端的收信机所接受,两端的收信机及接受本侧的高频信号又接受对侧的高频信号,两个信号经比较判断后,作用于继电保护的输出部分)⑥接地开关(当检修连接滤波器时,接通接地开关,使耦合电容器下端可靠接地。
//特点:
无中继通信距离长;
经济、方便使用;
工程施工比较简单。
//信号频率范围:
50~400khz
5.光纤通信的构成:
光发射机、光纤、中继器、光接收机。
光发射机的作用是把信号转变成光信号,一般由调制器和光调制器组成。
光接收机的作用是把光信号转变成电信号,一般有光探测器和电解器组成。
、、特点:
通信容量大;
可以节约大量金属材料;
光纤通信保密性好,敷设方便,不怕雷击,不受外界电磁干扰,抗腐蚀和不怕潮等优点;
最重要的特性之一就是无感应性能,因此利用光纤可以构成无电磁感应的,极为可靠的通道。
(闭锁式)方向比较式纵连保护
(4.7.闭锁式方向纵联保护的基本原理)(双侧电源单回,1-6,34间短路):
假定短路发生在BC线路上,所有保护都启动,但保护2、5功率方向为负,其余保护的功率方向为正。
保护2\5启动发信机发痴高频闭锁信号,非故障线路AB\CD上出现该高频信号对应的高频电流,保护12\56收到该闭锁信号,被闭锁;
故障线路上保护34功率方向为正,不发闭锁信号,故障线路BC上不出现高频电流,保护3.4判定正方向故障且没有收到闭锁信号,满足跳闸条件,保护跳闸,切除线路。
可见闭锁式方向纵连保护的跳闸判据是本端保护方向元件判定为正方向故障且不收到闭锁信号。
(4.8为什么优先采用负序方向或故障分量的元件)一、优点:
①正确反应所有类型故障,方向明确,灵敏度高,无死区。
②不受负荷影响。
③不受系统振荡影响,振荡无故障不误动,振荡再故障不拒动。
④基本不受过渡电阻影响。
、、二、缺点:
①故障分量元件仅在故障初始阶段有效。
②负序方向元件受非全相运行影响大。
③线路空载合闸时,二元件都可能误动。
(4.9闭锁式保护为什么需要高低定值两个启动元件)KAI为低定值启动发信元件,灵敏度高,发出闭锁信号。
KA2为底定值启动停信元件,灵敏度较低,与方向元件配合,停止闭锁信号,启动跳闸回路。
设置两个元件的目的是便于两端保护的配合,确保外部故障时可靠闭锁。
纵连电流差动保护
(4.13保护原理优点)原理:
利用基尔霍夫电流定律构成纵连电流差动保护。
被保护元件两侧电流和在区内短路时,为短路电流,在区外短路时,其值为0①不反应系统振荡②非全相运行不误动(系统振荡、非全相运行线路两侧流过的是同一电流。
)③不受线路(串补电容)影响④测量元件仅反应电流量,不需电压量,不受电压回路影响。
(4.14为什么要求测量与计算严格同步)纵连电流差动保护既比较电流大小又比较电流相位,电流相位与采样时刻密切相关。
测量和计算不严格同步会产生较大的不平衡电流
(4.15异地同步测量的主要方法)基于数据通道的同步方法和基于GPS同步时钟的同步方法
(4.16为什么采用带制动的差动特性)不带差动特性的继电器动作整定值很大,不误动但灵敏度低。
采用制动特性,使动作电流随不平衡电流增大而增大,始终大于不平衡电流。
不仅提高灵敏度,也提高保护在外部短路时不动作的可靠性
电流相位差动保护
(4.18保护原理)依据两端电流相位区分区内区外故障。
指定母线指向被保护线路为正方向,正常运行、外部故障时,两端流过同一个电流,相位相反。
内部故障时,电流为短路电流,相位相同。
(4.20闭锁角)外部故障时高频信号可能出现的最大间断角称为闭锁角,表示为ψb。
当高频信号间断对应时间小于闭锁角时,认定为外部故障,当间断角度大于闭锁角时,认为是内部故障,保护跳闸。
闭锁角按照躲过区外故障可能出现最大间断角整定。
最大间断角由互感器的角度误差,滤序器及发信操作的角度误差,高频信号沿线路传输的延迟等整定。
其中电流互感器两侧二次电流最大误差不超过7°
,滤序器及发信操作回路角度误差不超过15°
,传输线路长度与等值工频角延迟为L/100*6°
,区外短路时两侧收到的高频电流间隔角最小为180°
±
(7+15+L/100)时,保护不应动作。
所以闭锁角ψb>
=7+15+L/100,即ψb=7+15+L/100+ψy(裕度角),线路越长闭锁角越大。
(4.21相继动作)在继电保护中,一侧保护线动作跳闸后,另一侧保护才动作的现象,称为相继动作。
随着被保护线路的不连续间隔缩短,可能进入保护的不动作区。
对于滞后的N侧,超前侧M侧的高频信号经过延迟后间断角增大,可以动作,对于超前M侧,N侧的信号间断角变得更小,可能小于闭锁角导致拒动。
为解决M端不能跳闸问题,停止发高频信号,M侧只能收自己发出高频信号,间隔180度,满足跳闸条件随之跳闸。
第五章自动重合闸
1.采用重合闸的目的(作用):
其一是保证并列运行系统的稳定性;
其二是尽快恢复瞬时故障时元件的供电,从而自动恢复整个系统的正常运行。
(5.1重合闸优缺点)
【A自动重合闸的优点可归纳如下:
① 可大大提高供电可靠性,在线路上发生暂时性故障时,迅速恢复供电,减少线路停电的次数,这对电测电源回路尤为明显;
② 在高压输电线路上采用重合闸,还可以提高电力系统并列运行的稳定性,还可以提高传输容量;
③ 对断路器本身由于机构不良或继电保护误动作而引起的误跳闸,也能起纠正作用。
】【B缺点:
重合于永久性故障时,使电力系统再一次受到故障的冲击,对超高压系统还可能降低并列运行的稳定性。
使得断路器的工作条件变得更加恶劣。
(5.2瞬时性故障与永久性故障)①瞬时故障有:
表面闪络,大风引起的碰线,鸟类树枝等引起的短路等,断开的线路继电器再合上,可恢复供电。
②永久性故障:
由于线路倒杆、断线、绝缘子击穿或损坏引起的故障,再合闸,故障依然存在。
(5.10区分单相重合闸期间瞬时性与永久性故障)单相故障切除后,由于耦合电容和电感,断开相存在对地电压。
永久性故障接地点长期存在,故障相与地间形成
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